DE1939165B2

DE1939165B2 - Leistungsabhaengige tarifiereinrichtung fuer elektrischen verbrauch

Info

Publication number: DE1939165B2
Application number: DE19691939165
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Dipl.-Phys. Luzern; Lochinger Rolf Dipl.-El.-Ing. Dr. Zug; Vonarburg (Schweiz)
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1968-12-31
Filing date: 1969-07-29
Publication date: 1973-01-11
Also published as: NL6912725A; FR2027444A1; NL163878B; NL163878C; DE1939165A1; AT297839B; CH477002A

Description

Die Erfinduni? betrifft eine leisiangsabhängige Tarifs fiereinrichtung mit einem Schwellwertelement zur Feststellung der Überschreitung eines vorgegebenen Leistungsgrenzwertes und mit einem Stufenelement, das den zulässigen Leistungsgrenzwert nach festgelegten Kriterien selbsttätig erhöht.

Die Investitionskosten für Kraftwerke und Verteilnetze werden im wesentlichen durch die von den Verbrauchern verlangten Spitzenleistungen bestimmt. Die Elektrizitätswerke sind deshalb aus wirtschaftlichen Gründen daran interessiert, möglichst viel Energie bei konstanter Leistung zu liefern. Der Verbrauch oberhalb eines den Belangen des Abnehmers angepaßten Leistungsgrenzwertes soll daher zu einem höheren Tarif in Rechnung gestellt werden. Die zur Anwendung gelangenden Tarife setzen sich im allgemeinen aus einem von der bezogenen, mit Zählern gemessenen Energie abhängigen Glied und aus einem von der Leistung abhängigen Tarifglied zusammen.

Für die Festlegung des verbrauchsunabhängigen Tarifgliedes wurden bisher meistens Maximumzähler eingesetzt. Hierbei wird die elektrische Energie mit einem Induktionszähler gemessen. Während einer Registrierperiode, die durch einen Synchronmotor festgelegt ist, wird ein Mitnehmerzeiger mit leistungsproportionaler Winkelgeschwindigkeit angetrieben. Dabei schiebt er einen Maximumzeiger vor sich her. Am Ende jeder Registrierperiode wird der Mitnehmerzeiger auf Null gestellt, während der Maximumzeiger stehenbleibt. Somit zeigt der Maximumzeiger die höchste mittlere Leistung aller vorangegangenen Registrierperioden der laufenden Ableseperiode an.

Der bekannte Maximumzähler ist aufwendig und außerdem der mechanischen Abnützung unterworfen. Auch in tarifpolitischer Hinsicht vermag er oft nicht zu befriedigen, da die Festlegung des verbrauchsunabhängigen Tarifgliedes auf Grund der höchsten mittleren Leistung aller Registrierperioden erfolgt, so daß eine einzige Leistungsspitze einen hohen Tarif mit sich bringen kann, während die Dauer oder die Anzahl der Belastungsspitzen unberücksichtigt bleibt.
Beim bekannten Überverbrauchszänler erfolgt die Registrierung des oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegenden Verbrauchs. Die Höhe der auftretenden Spitzenleistungen wird hingegen nicht erfaßt. Die

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Tariffestlegung an Hand des ermittelten Uberver- Die Bestimmung des Grundtarifes an Hand des bezogebrauchs wird deshalb oft ebenfalls als ungerecht emp- nen elektrischen Stromes sieht jedoch nur bei konfunden. stanter Spannung und konstantem Leistungsfaktor in

Aus der österreichischen Patentschrift 251 698 ist Relation zur bezogenen Leistung,
eine Einrichtung bekannt, die dazu dient, ein Warn- 5 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, signal abzugeben, wenn innerhalb einer vorgegebenen eine Tarifiereinrichtung mit selbsttätig stufenweise verZeitspanne, z. B. in einer Viertelstunde, die bezogene änderbarer Schwelle zu schaffen, bei der auch die elektrische Arbeit einen ebenfalls vorgegebenen Spannung und der Leistungsfaktor berücksichtigt Schwellenwert überschreitet. Zu diesem Zweck erzeugt werden.

ein Elektrizitätszähler Impulse, deren Folgefrequenz io Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vordirekt, deren Periode also umgekehrt proportional der geschlagen, daß der Eingang des Schwellwertelementes jeweils bezogenen Leistung ist. Zugleich erzeugt ein an einen Leistungsmesser angeschlossen ist, welcher in Impulsgenerator fortlaufend Impulse mit einer festen an sich bekannter Weise eine Impulsfolge mit dem Vergleichsperiode. Letztere werden von einem Diffe- Reziprokwert der Leistung proportionaler Periodenrenzzählwerk positiv gezählt, während die vom Elektri- 15 dauer abgibt, daß das Schwellwertelement so ausgebilzitätszähler erzeugten Impulse negativ gezählt werden. det ist, daß es anspricht, wenn der Zeitabstand zwi-Jeweils nach Ablauf der Meßperiode, also z. B. alle sch^n zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einen vorViertelstunden, wird der Differenzzähler auf einen vor- bestimmten Schwellwert r .ierschreitet. und daß die gegebenen Zahlenwert eingestellt. Erreicht der Diffe- Impulsfolge oder eine Refeierrimpulsfolge beim Anren/zählervor Beendigung der Meßperiodc den Zahlen- 20 sprechen des Schwellwertelementes einem Impulszähler wert Null, so ist dies ein Zeichen dafür, daß der vorge- zugeführt ist. der beim Erreichen einer vorbestimmten gebene Schwellenwert der mittleren Leistung über- Impulszahl die Weiterschaltung des Stufenelementes schritten wurde, und es wird in diesem Falle ein Warn- auslöst,
signal abgegeben. Erfindungsgemäß werden damit die Nachteile der

Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß die 25 bekannten Einrichtungen vermieden. Es können außereinen vorgegebenen Wert überschreitende Leistung dem rein elektronische Leistungsmesser ohne mechanicht sofort zur Weiterverarbeitung meßtechnisch er- nisch bewegte Teile verwendet werden. Solche Leifaßt wird, sondern daß der Umweg der Integration stungsmesser sind an sich bekannt. Sie bestehen der Leistung über eine längere Meßperiode gemacht meistens aus einem Multiplikator zur Bildung des Prowird. Es können deshalb kurzfristig sehr hohe Über- 30 duktes aus Strom und Spannung und auseinem Analogschreitungen der zulässigen Leistung auftreten, ohne Digital-Wandler. dereine Impulsfolge mit der Leistung daß die Einrichtung anspricht, wenn nur in dem Rest proportionaler Impulsfolgefrequenz erzeugt,
der Meßperiode die Leistung so gering bleibt, daß Nachfolgend werden einige Ausführiingsbeispiele

ihr Zeitintegral über die Meßperiode unterhalb des der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläu-Schwellenwertes bleibt. 35 tert. Es zeigen

Ferner wurde die Verwendung von Einrichtungen F i g. 1, 3 und 5 Blockschaltbilder und

vorgeschlagen, welcl.e an Stelle der bezogenen Leistung F i g. 2, 4 und 6 Diagramme,

den bezogenen Strom messen. Bei einer derartigen In der F i g. 1 ist ein Leistungsmesser 1 dargestellt.

Einrichtung (schweizerische Patentschrift 451 321) wird der aus einem Multiplikator 2 zur Bildung des Produkjeder Phasenstrom der Verbraucheranlage mittels eines 40 tes aus Strom / und Spannung L, aus einem Analog-Strom-Spannungs-Wandlers in eine ihm proportionale Digital-Wandler 3 zur Bildung einer Impulsfolge mit Spaniung umgesetzt. Diese Spannungen werden gleich- dem Reziprokwert der Leistung U ■ I proportionaler gerichtet, geglättet und sodann summiert. Sobald die Periodendauer Tund auseinem Frequenzuntersetzer 4 Summenspannung einen vorgegebenen, einstellbaren besteht. Der Ausgang des Leistungsmessers 1 ist an eine Schwellenwert überschreitet, schließt sie einen elektro- 45 Eingangsklemme 5 eines Schwellwertelementes 6 und nischen Schalter und bringt dadurch ein Relais zum an einen Eingang 7 eines UN D-Tores 8 angeschlossen. Ansprechen, das einen Doppeltarifzähler auf einen dessen anderer Eingang 9 mit der Ausgangsklemme 10 Überstromtarif umschaltet und zugleich ein Zeitzähl- des Schwellwertelementes 6 verbunden ist.
werk zur Anzeige der Dauer des Uberstromes in Gang Die Eingangsklemme 5 des Schwellwertelementes 6

setzt. 50 ist an einen monostabilen Multivibrator 11 ange-

Es ist auch schor der Vorschlag bekanntgeworden. schlossen, der einen Schalttran-btor 12 steuert. Der bei einer derartigen Einrichtung mittels eines Stufen- Kollektor-Emitter-Strecke desselben ist ein Kondenschalters jewei'j dann eine höhere Stufe des Schwellen- sator 13 und ein Eingang eines Schwellenschalters 14 wertes einzuschalten, wenn der Strom-Schwellenwert parallel geschaltet, dessen Ausgang mit der Ausgangsmehrmals während einer bestimmten Zeit überschritten 55 klemme 10 verbunden ist. Der Kondensator 13 wird wurde. Liegt nun der bezogene Strom unterhalb dieses mittels einer Stromquelle 15 mit einem konstanten neuen Schwellenwertes, so bleibt der Stufenschalter in Strom I₁ aufgeladen.

der erreichten Schaltstellung stehen. Liegt der Strom Der Ausgang 16 des UND-Tores 8 ist an einen

jedoch oberhalb der erwähnten Stufe oder steigt zu Impulszähler 17 angeschlossen, der beim Erreichen einem späteren Zeitpunkt über diese Stufe hinaus an, 60 einer vorbestimmten Impulszah! η ein Stufenelement so wird das Zeitglied erneut in Gang gesetzt usf. Somit weiterschaltet, das durch eine Tarifzählkette 18 und ist die erreichte Sdialtstufe ein Zeichen dafür, daß der eine derselben zugeordnete Decodiermatrix 19 mit der vorangehenden Schaltstufe zugeordnete Stufenwen einer in der Zeichnung nicht dargestellten Tarifstufendes Netzstromes während einer bestimmten kumulier- Sichtanzeige gebildet ist. Die Decodiermatrix 19 steuert ten Zeit überschritten worden ist. 65 über Ausgangsleiiungen 20 das Speichervermögen /1

Die letztgenannte Einrichtung stellt in tarifpolitischer des Impulszählers 17 und über eine Ausgangsleitung 21 Hinsicht einen günstigen Kompromiß zwischen dem den Strom I₁ der Stromquelle 15 in Abhängigkeit von Überverbrauchszähler und dem Maximumzähler dar. der jeweiligen Tarifstufe. Der Impulszähler 17 und die

Tarifzählkette 18 können durch Betätigen einer Taste Kippstufe 28 angeschlossen. Die Decodiermatrix 19 22, die nur für das Personal des Energielieferanten zu- (F i g. 1) steuert über die Ausgangsleitung 21 das gänglich ist, auf Null gestellt werden. Untersetzungsverhältnis m des Frequenzuntersetzers 26.

Der Leistungsmesser 1 kann an einem Impulszähler Der Impulsgenerator 25 gibt eine Referenzimpuls-

23 zur Ermittlung der konsumierten elektrischen Ener- 5 folge mit konstanter Periodendauer T_R an den Fregie angeschlossen sein. quenzuntersetzer 26 ab. Dieser wird bei jedem vom

Die Arbeitsweise des beschriebenen Überverbrauchs- Leistungsmesser 1 erzeugten Impuls entsprechend der Anzeigegerätes wird nachfolgend an Hand der F i g. 2 Fig. 4, in welcher die Spannungen t/„ iZ₅, t/„ und U₇ erläutert, in welcher Spannungen U₁ bis U₅ in Funktion in Funktion der Zeit dargestellt sind, auf Null zurückder Zeit t dargestellt sind. ¹⁰ gestellt. Etwas verzögert wird die Kippstufe 28 in den

Bei jeder negativen Flanke der vom Leistungsmesser 1 logischen Zustand L gekippt. Nach der Vergleichszeit erzeugten Spannungsimpulse U₁ wird der monostabile T₀ — m · Tr entsteht am Ausgang des Frequenzunter-Multivibrator 11 getriggert und der Kondensator 13 setzers 26 ein L-Signal, das die Kippstufe 28 zurückkurzzeitig entladen. Anschließend wird der Konden- stellt, so daß das UND-Tor 8 gesperrt wird. Die vom satorl3 durch den Strom/! wieder aufgeladen; die 15 Leistungsmesser 1 abgegebenen Impulse können also Spannung U₃ am Eingang des Schwellenschalters 14 nur an den Eingang des Impulszählers 17 gelangen, steigt linear an und erreicht, vom Beginn der Konden- wenn die Bedingung T <T₀ erfüllt ist. Beim Weitersatorentladung an gerechnet, den Schwellenwert Us schalten der Tarifzählkette 18 werden m und somit des Schwellenschalters 14 nach der Vergleichszeit T₀. auch T₀ um eine Stufe verkleinert.

Wenn nach einer Kondensatorentladung der nächst- 20 In der F i g. 5 ist ein Blockschaltbild eines Überfolgende vom Leistungsmesser I abgegebene Impuls verbrauchs-Anzeigegerätes dargestellt, bei welchem die erst auftritt, wenn der Schwellenschalter 14 angespro- kumulierte Überschreitungsdauer ts, während der die chen hat, so kann dieser Impuls das UND-Tor 8 nicht einge.ohaltete Leistungsschwelle ohne Tariferhöhung durchlaufen. Ist hingegen die Periodendauer T der überschritten werden darf, von der Höhe der Überspannung U₁ kleiner als die Vergleichszeit T₀, so bleibt 25 schreitung unabhängig ist. Gleiche Teile wie in vorandas UND-Tor 8 durchlässig, weil der Kondensator 13 gehenden Figuren sind wiederum mit den gleichen wieder entladen wird, bevor der SchweüenschaUer 14 Be^ugszahlen versehen,
ansprechen kann. Der Ausgang des Leistungsmessers 1 ist über einen

Der Impulszähler 17 zählt also diejenigen der vom Frequenzuntersetzer 33 an einen Stelieingang 34 einer

Leistungsmesser 1 abgegebenen Impulse, deren Ab- 30 bistabilen Kippstufe 35 angeschlossen, deren Ausgang

stand T zum vorangehenden Impuls kleiner ist als die mit einem Eingang 36 eines UND-Tores 37 verbunden

Vergleichszeit T₀, d. h., er bildet das Zeitintegral der ist. Ein Impulsgenerator 38 ist an einen Eingang 39 des

Leistung P, wenn eine vorgegebene Leistungsschwelle UND-Tores 37 und über ein Verzögerungsglied 40 an

Ps überschritten wird. Für die zum Erreichen der einen Rückstelleingang 41 des Frequenzuntersetzers 33 Impulszahl η erforderliche Zeit ts gilt die Beziehung 35 und an einen Rückstelleingang 42 der Kippstufe 35

" c- D—D·*,—, _ τ angeschlossen. Die Elemente 33,35,38 und 40 sind

ts-y.buTF- Ps ist ts - tmax -H-J₀. Bestandteile eines Schwell wertelementes 43.

Beim Erreichen der Impulszahl η gibt der Impuls- Ein Ausgang 44 des UND-Tores 37 ist an den Im-

zähler 17 einen Fortschaltimpuls an die Tarifzählkette pulszähler 17 geführt, welcher beim Erreichen der Im-18 ab. Die Decodiermatrix 19 erhöht nun einerseits 40 pulszahl η über das durch die Elemente 18 und 19 geüber die Ausgangsleitung 21 den Strom I₁ um eine bildete Stufenelement eine Erhöhung des Unter-Stufe, wodurch die Vergleichszeit T₀ verkleinert wird. Setzungsverhältnisses m des Frequenzuntersetzers 33 Andererseits bewirkt die Decodiermatrix 19 über die bewirkt.

Ausgangsleitungen 20 eine Erhöhung der Impulszahl η In der F i g. 6 sind Spannungen U₁ und IZ₈ bis U₁₀

im gleichen Maß, so daß t_max = η -T₀ konstant bleibt. 45 des beschriebenen Über-erbrauchs-Anzeigegerätes dar- Die Größen η und T₀ können konstant gehalten wer- gestellt, das wie folgt arbeitet:

den, wenn der Frequenzuntersetzer 4 mehrere Ausgänge Der Impulsgenerator 38 erzeugt eine Referenz-

mit unterschiedlichem Untersetzungsverhältnis auf- impulsfolge U₉ mit konstanter Periodendauer Tr. Der weist, die durch von der Decodiermatrix 19 gesteuerte Leistungsmesser 1 gibt seine Ausgangsimpulse an den Schalter wahlweise abgegriffen und an die Eingänge 5 50 Frequenzuntersetzer 33 ab; nach m Impulsen entsteht und 7 geschaltet werden. am Ausgang des Frequenzuntersetzers 33 ein Signal,

In der F i g. 3 ist ein Schwellwertelement 24 darge- das die Kippstufe 35 setzt, wenn nicht schon vorhei stellt, das in der F i g. 1 an die Stelle des Schwellwert- ein Referenzimpuls aufgetreten ist, welcher über das elementes 6 tritt und nach einem rein digitalen Prinzip Verzögerungsglied 40 den Frequenzuntersetzer 41 zuarbeitet. Gleiche Teile wie in der F i g. 1 sind mit den 55 rückgestellt hat. Die Kippstufe 35 wird also gesetzt gleichen Bezugszahlen versehen. Ein Impulsgenerator wenn die Bedingung T₀ ~ Tr > m-T erfüllt ist. Dei 25 ist über einen Frequenzuntersetzer 26 an einen nächste Referenzimpuls schiebt dann den Impulszähle: Rückstelleingang 27 einer bistabilen Kippstufe 28 an- 17 um eine Stelle weiter und stellt verzögert den Fre geschlossen, deren Ausgang 29 mit der Ausgangs- quenzuntersetzer 33 und die bistabile Kippstufe 3i klemme 10 des Schwellwertelementes 24 verbunden ist. 60 zurück. Sobald der Impulszähler 17 nach der kumu Dessen EingangsHemme 5 ist an einen Rückstellein- lierten Zeitdauer t_s = n-T_R η Referenzimpulse ge gang 30 des Frequenzuntersetzers 26 und über ein zählt hat, schaltet die Tarifzählkette 18 weiter urid da Verzögerungsglied 31 an einen Stelleingang 32 der Untersetzungsverhältnis m wird um eine Stufe erhöht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

! 939 165 Patentansprüche:

1. Leistungsabhängige Tarifiereinrichtung für elektrischen Verbrauch mit einem Schwellwertelement zur Feststellung der Überschreitung eines vorgegebenen Leistungsgrenzwertes und mit einem Stufenelement, das den zulässigen Leistungsgrenzwert nach festgelegten Kriterien selbsttätig erhöht, wenn derselbe überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Schwellwertelementes (6,24,43) an einen Leistungsmesser (I) angeschlossen ist, welcher in an sich bekannter Weise eine Impulsfolge (U₁) mit dem Reziprokwert der Leistung proportionaler Periodendauer abgibt, daß das Schwellwertelement (6, 24, 43) s.) ausgebildet ist, daß es anspricht, wenn der Zeitabstand (7") zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einen vorbestimmten Schwellwert (T₀) unterschreitet, und daß die Impulsfolge (U,) oder eine Referenzimpulsfolge (i/₈) beim Ansprechen des Schwellwerteiementes (6, 24, 43)einem Impulszähler (17) zugeführt ist. der beim Erreichen einer vorbestimmten Impulszahl die Weiterschaltung des Stufenelementes (18, 19) auslöst.

2. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertelement (6) einen Kondensator (13) aufweist, der einem vom Leistungsmesser (1) gesteuei ien Eniladeschalter(12) und dem Eingang eines S<:hwellenschalters (14) parallel geschaltet und an eine Stromquelle (15) angeschlossen ist.

3. Tarifiereinrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertelement (24) einen Impulsgenerator (25) aufweist, der über einen Frequenzuntersetzer (26) an einen Rückstelleingang (27) einer bistabilen Kippstufe (28) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des Leistungsmesser* (1) mit einem Rückstelleingang (30) des Frequenzuntersetzers (26) und über ein Verzögerungsglied (31) mit einem Stelleingang (32) der bistabilen Kippstufe (28) verbunden ist.

4. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (10) des Schwellwertelementes (6; 24) an einen ersten Eingang (9) eines UND-Tores(8) angeschlossen ist. dessen zweiter Eingang (7) mit dem Ausgang des Leistungsmessers (1) und dessen Ausgang (16) mit dem Impulszähler (17) verbunden ist.

5. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertelement (43) einen Impulsgenerator (38) aufweist, der über ein Verzögerungsglied (40) an einen Rückstelleingang (42) einer bistabilen Kippstufe (35) und an einen Rückstelleingang (41) eines Frequenzuntersetzers (33) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des Leistungsmessers (1) über den Frequenzuntersetzer (33) mit einem Stelleingang (34) der bistabilen Kippstufe (35) verbunden ist.

6. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippstufe (35) an einen ersten Eingang (36) eines UND-Tores (37) angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang (39) mit dem Impulsgenerator (38) und dessen Ausgang (44) mit dem Impulszähler (17) verbunden ist.

7. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch eekennzeichnet. daß das Stufenelement durch eine Zählkette (18) und eine ihr zugeordnete Decodiermatrix (19) gebildet ist.

8. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2, 3, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Ausgang des Leistungsmessers (1) geschalteter Frequenzuntersetzer (4; 33) ein vom Stufenelement (18,19Ϊ steuerbares Untersetzungsverhältnis aufweist

9. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (/j der Stromquelle (IS) und das Fassungsvermögen («) des Impulszählers (17) durcii das Stufenelement (18,19) stufenweise veränderbar sind.

10. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsverhältnis des Frequenzuntersetzers (26) und das Fassungsvermögen (ti) des Tmpulszählers (17) durch das Stufenelement (18, 19) stufenweise veränderbar sind.